正面碰撞试验中乘员小腿伤害特性研究

The 5th Int. Forum of Automotive Traffic Safety (INFATS), Changsha, China,December 2007 正面碰撞试验中乘员小腿伤害特性研究

孙振东1，朱海涛1， 刘玉光1

1中国汽车技术研究中心实车碰撞试验室 天津 300162

摘要：随着GB11551-2003正面碰撞标准实施以来，对提高车辆的乘员头部和胸部保护性能，发挥了积极作用。但是，在汽车正面碰撞事故中，小腿是最容易受到伤害的部位，尽管小腿受伤很少直接危急生命，但是却可能导致长期的瘫痪和损伤。在GB1151-2003正面碰撞标准中，对于乘员小腿的伤害没有要求。本文通过对两种典型正面碰撞试验100％正面刚性壁障和40％偏置可变形壁障中，假人小腿的运动形态和伤害指标的分析，揭示我国汽车在典型正面碰撞试验中乘员小腿的伤害机理和特性。

关键词：小腿 碰撞试验 伤害指标

A Study on Injuries of Occupant Tibia in Frontal impact tests

Zhendong SUN, Haitao ZHU, Yuguang LIU

Abstract: Along with frontal crash standard for GB11551-2003 is applied in automobile test, which is active significance to improving protect performance of head and chest for passenger in the vehicle. However in vehicle frontal impact accidents, the easiest injury parts for passenger are tibias, which are not as to as head and chest, are exposed to the especially severity effect, result in longtime traumata. This paper analyze dynamic moving state and injury criterion for tibia of dummy in two sorts of representative type frontal crash test-full frontal rigid barrier and offset deformable barrier, to show the injury mechanism and character for tibia of dummy.

Keyworks: tibia, crash test, injure criterion

1 前言

随着我国汽车工业的不断发展，汽车保有量的迅速增长，由于汽车交通事故所造成的损失也在逐渐递增，2006年我国共发生交通事故37.8万起，受伤47万人，直接财产损失14.9亿元。改进汽车的安全性，有效地减少汽车道路交通事故造成的损失是我国汽车行业近几年的重要工作。为了提高汽车安全性，欧、美、日等汽车工业发达国家由政府制定汽车安全法规，通过汽车安全法规的强制实施，促进汽车生产厂切实地改进产品的安全性。实践证明，这是一项切实可行并且效果十分显著的措施。随着GB11551-2003《乘用车正面碰撞乘员保护》标准实施以来，促进了我国汽车碰撞安全技术的进步和发展，提高了我国汽车正面碰撞安全技术水平。现在，我国大多数车型均已标配了正面安全气囊，对改善和提高车辆乘员头部和胸部的保护性能，发挥了积极作用。但是，在汽车正面碰撞事故中，小腿是最容易受到伤害的部位，有关研究数据表明70%腿部受伤发生在正面碰撞的事故中。在正面碰撞事故中，尽管小腿受伤很少直接危急生命，但是却可能导致长期的瘫痪和损伤，给受伤人造成生理和心理的双重压力。

2 小腿伤害评价指标的研究

在汽车正面碰撞法规中，世界上主要是美国FMVSS 208法规和欧洲ECE R94法规。在这两个法规中分别规定了两种典型的正面碰撞试验形式，如图1和图2所示。

图1 正面刚性壁障试验

图2 40％偏置可变形壁障试验

美国、日本、中国的正面碰撞法规采用的是100％重叠率的正面刚性壁障（以下简称100%RB），碰撞速度是48～50 km/h；欧洲、澳大利亚、俄罗斯的正面碰撞法规采用的是40％偏置可变形壁障（以下简称40%ODB），碰撞速度为56～57 km/h。两种典型碰撞试验形式的伤害评价指标，见表1。

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表1 两种正面碰撞试验形式的的伤害评价指标对比

法规

假人

伤害

评价

指 标 美国FMVSS 208 头部伤害值： HIC≤1000 中国GB11551-2003头部伤害值： HIC≤1000 欧洲ECE R94 头部伤害值： HIC≤1000； 头部3ms合成加速度： ≤80g； 颈部伤害指标（NIC）时间历程； 颈部对Ｙ轴弯矩在伸张方向≤57 Nm； 胸部位移： ≤50 mm；

胸部粘性指标（V·C）≤1.0 m/s；

大腿力时间历程；

小腿压缩力指标≤8 KN； 小腿性能指标（TI） ≤1.3；

膝滑动位移≤15 mm。 胸部3ms合成加速度： 胸部位移： （注：g=9.8 m/s2） ≤75 mm ≤60g 胸部位移： ≤75 mm 大腿力： ≤1021 kgf 大腿力： ≤10 kN

由表1可以看出，美国和中国的正面碰撞法规没有假人小腿伤害指标的规定。主要分析ECE R94中假人小腿伤害评价指标的要求。小腿的压缩力指标是由沿小腿轴向传递的压缩力（FZ）确定，可以直接测量，小腿性能指标由弯矩Mx和My为基础以及FZ，按下面公式计算：

TI=MR/(MC)R+FZ/(FC)Z

式中：

Mx——绕小腿x轴的弯矩，My——绕小腿y轴的弯矩，单位为Nm；

(MC)R ——临界弯矩，按225Nm计；

FZ ——z向的轴向压缩力，单位为kN；(FC)Z ——z向临界压缩力，按35.9kN计；

MR为Mx和My的合成弯矩，公式如下：

22 MR = (MX) + (MY)

对每个小腿的顶部和底部计算小腿性能指标；但Fz可以在任何一端测量，所获值用来计算顶部和底部的TI值。Mx 和 My在两个位置都分别测量。顶部和底部分别计算TI，主要是由假人小腿传感器的结构所决定的，假人小腿力和弯矩的传感器位于上下两端，如图3所示。

根据上述的小腿评价指标，绘制合成弯曲力矩MR、轴向力FZ和TI值的关系曲线图，见图4。伤害指标在Fz≤8kN, 合成弯矩MR≤225Nm，TI≤1.3的区域内，小腿才会避免产生较大的伤害。

图3小腿传感器结构示意图

250

225

200

合 成150

力矩 100

50

0203040 81035.9

轴向压缩力Fz/kN

图4 小腿轴向力及TI指标限值关系图

3 试验结果分析

根据上述两种典型正面碰撞试验形式，分别进行了6个车型的100％RB和40％ODB正面碰撞试验，碰撞初速度分别为50.5km/h 和56.3km/h。A车型和B车型分别是量重为930kg与1000kg的国产紧凑型轿车，C车型和D车型分别是量重为1105kg与1130kg的中型轿车，E车型和F车型分别是量重为1430kg与1570kg的大型轿车。表2为6个车型在两种碰撞试验形式下的试验结果。

MR/Nm

3.1 100%RB与40%ODB试验数据的比较分析

从表2中的结果进行100%RB试验与40%ODB试验的比较，左右侧小腿TI值偏高的比率达到90%;而左侧小腿轴向力（Fz）偏高的比率达到75%，右侧小腿轴向力则达到90%。这充分表明在100%重叠率的刚性壁障的碰撞中假人小腿的伤害反而要比40%偏置变形壁障碰撞要更为严重，这一点可能有些超出常规认识。因为在100%RB试验中驾驶员腿部空间的变形量要远远小于40%ODB试验，在40%ODB试验中腿部空间变形挤压的过程必然会引起腿部高限值的伤害。通过大量曲线分析发现：由于脚踝处的加速度变

化趋势与前围板和制动踏板处的加速度曲线基本一致，而脚踝的轴向负荷是由于落脚空间表面动态加速度所造成的。通过图5和图6可以看出，在100%RB试验中前围板下部的加速度峰值较大，而时间历程较短；而在40%ODB试验中前围板的加速度峰值小，而时间历程相对较长。前围板短时间内的高加速度只会导致很小的入侵量，但是却在假人的脚上造成了很高的伤害，在40%ODB试验中前围板较长时间内的低加速度负荷引起较大的入侵量，但在腿部造成较小 …… 此处隐藏：4351字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……